CN1961585B - 使用独立的时间信号进行光信号处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中，光处理系统包括光调制器和控制器，控制器被配置来根据外部时间信号控制向光调制器输出数据。外部时间信号可能来自颜色转换设备。例如，在一些实施例中，用于投影显示的帧同步由数据流控制器而不是色轮控制器执行。在一些实施例中，帧可以被重复或丢弃。还公开和声明了其它实施例。

Description

使用独立的时间信号进行光信号处理的装置和方法

技术领域

本发明涉及光信号处理并且更具体地涉及用于投影显示器系统的控制器，以及相关方法。

背景技术

光调制器结构是已有技术。这种结构包括液晶显示器(LCD)、发光二级管(LED)，以及微机电系统(MEMS)。LCD可以是反射的或透射的。晶体硅可以用于生产硅基液晶(LCOS)显示器。

投影显示器是显示器行业中发展最快的领域之一。业界分析人士报告2001年大约卖出240万背投单元。预计这一数字在未来会有大幅增长。有多种关键技术竞争背投显示器市场的份额。

面临满足当今高性能系统需求的重大挑战，阴极射线管(CRT)型的投影仪仍然是主流技术。这些系统很笨重且非便携，其亮度通常局限于低于300ANSI流明。

多晶硅型LCD投影系统代表了投影显示器市场的一个快速发展的领域。通过以更高温工艺生产更好的TFT晶体管，这一技术允许将行和列驱动器集成到石英基板中，因此降低了成本并增大了开口率。但是，提高较大尺寸面板的产量仍然是这一方法的挑战。

微镜设备也应用于多种背投系统中。它们通过控制每象素基上反射光的方向来操作。已知这些系统能够实现较好的对比度和亮度等级。

最近，注意力转向建立硅基液晶(LCOS)型的投影显示器。这些显示器主要通过电子控制封装在两个基板之间的薄层液晶(LC)材料来操作。例如，两个基板包括透明基板(例如玻璃)和反射基板(例如平面镜面硅基板)。使用反射LCOS设备有几个好处。光学优点是增大了有效开口率，因为各种控制电子器件可以隐藏在镜面象素结构之下。在电学方面，驱动电路的性能很高，因为它是根据已知的得到证明的CMOS工艺制造的，这也产生具有高可靠性和高成本效率的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有高可靠性和高成本效率的解决方案。

根据本发明一个方面，提出了一种装置，以及用于该装置的方法和系统。该装置包括：输入部件，用于为光调制器接收输入数据；输出部件，用于向所述光调制器输出数据；以及流控制器，其耦合到所述输入部件和所述输出部件；其中，所述流控制器被配置来控制从所述输入部件到所述输出部件的数据流，以及其中，所述流控制器被配置来根据独立于所述输入数据的时间信号，控制所述输出部件向所述光调制器输出数据；以及存储器，其耦合到所述流控制器，其中所述流控制器用于根据所述存储器的使用来执行丢弃输入数据或重复输出数据中的至少一个操作；其中输入数据和输出数据包括视频数据。

附图说明

参考附图，从下面优选实施例的描述中，本发明的各种特征将显而易见，其中在所有附图中相同的参考标号通常表示相同的部件。附图并不是按比例的，而是重点在于说明本发明的原理。

图1是适于实施本发明的一些实施例的空间光调制器设备的顶部示意图；

图2是适于实施本发明的一些实施例的显示器系统的透视图；

图3是适于实施本发明的一些实施例的图像处理系统的方框级示意图；

图4是根据本发明的一些实施例的控制器的方框级示意图；

图5是根据本发明的一些实施例的另一个控制器的方框级示意图；

图6是根据本发明的一些实施例的三面板系统的状态图；

图7是根据本发明的一些实施例的双面板系统的状态图；

图8是根据本发明的一些实施例的具有外部时间信号的控制器的方框级示意图；

图9是根据本发明的一些实施例的具有外部时间信号的另一个控制器的方框级图；

图10是根据本发明的一些实施例的流程图；

图11是根据本发明的一些实施例的另一个流程图；

图12是根据本发明的一些实施例的缓冲区管理技术的示意图；

图13是根据本发明的一些实施例的缓冲区管理技术的另一个示意图；

图14是根据本发明的一些实施例的缓冲区管理技术的另一个示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了具体的细节，如特定结构、体系结构、接口、技术等等，以便提供对本发明各个方面的透彻理解。但是，对于具有本公开优点的领域的技术人员来说，显然本发明的各个方面可以使用不同于这些具体细节的其它实例实现。在特定实例中，略去了对已有设备、电路和方法的描述，以免不必要的细节混淆本发明的描述。

各个部件和操作方法的进一步描述可以参考序号为10/xxx,xxx的共同未决的申请，该申请与本申请在同一日期提交，名为“APPARATUS AND METHOD FOR LIGHT SIGNAL PROCESSINGUTILIZING SUB-FRAME SWITCHING”，和/或参考序号为10/zzz,zzz的共同未决的申请，该申请与本申请在同一日期提交，名为“APPARATUS AND METHOD FOR LIGHT SIGNAL PROCESSINGUTILIZING DEC OUPLED INPUT AND OUTPUT TIMING”。

参考图1，光调制器10的一个实例包含硅基液晶(LCOS)设备，该硅基液晶设备具有硅基板11和玻璃保护片12，覆盖由象素元素(未示出)组成的象素区13。在玻璃保护片12和基板11之间部署液晶材料。玻璃保护片12通过粘胶带16固定到基板11。粘胶带16界定了封闭周界，其将液晶材料密封在玻璃保护片12下的粘胶带16的区域内。例如，粘胶带16是环氧树脂密封条。光调制器10可以包括玻璃保护片12区域外的(例如，粘胶带16区域的外部)基板11上的区域，其中包括附加电路18。根据本发明的一些实施例，附加电路18可以用于实现这里所描述的所有或一些新电路或方法。

参考图2，根据本发明的一些实施例的显示系统20包括光引擎21，从光引擎接收光并用图像信息对光编码的光调制器23，以及从光调制器23接收编码光并投影该编码光的投影镜头25。例如，光调制器23可能包含LCOS设备。可选地，光调制器可能包含其它现有或下文中所描述的能够用图像或数据信息对光进行编码的光调制器设备，包括，例如，诸如微镜设备的微机电系统(MEMS)设备。在一些实施例中，光调制器23包括一个在其上部署了电路的管芯(die)，可以用于实现这里所描述的所有或一些新电路或方法。在一些实施例中，管芯可以将其他视频数据处理算法合并到单个集成电路芯片中。在其他实施例中，这里所描述的所有或一些新电路或方法可以与光调制器23分开实现，但是通过其他方式合并到系统20中。

在传统的投影系统中，光引擎可能包括光源，其产生白光。光引擎可能进一步包括颜色转换设备，例如色轮，其可以用于过滤白光并输出不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色(RGB)、或者青色、品红、黄色(CMY))。另一个颜色转换设备的非限制性实例包括快门(shutter)。

对于使用色轮的系统，色轮可以是划分成放射形或螺旋形部分的扁平圆盘。该圆盘装在直流马达上，该马达以所需频率旋转圆盘，通常是大约60Hz。圆盘可以包括时标，其可以被传感器读取，并且将传感器输出作为反馈用于调整直流马达并保持圆盘以所需频率旋转。在许多传统系统中，帧数据的输出来自于输入视频信号并试图与标称帧频(例如，60Hz)同步。但是，这种机械颜色转换系统所固有的问题是系统要受到震动、抖动、耐受性或其他机械问题的影响，其影响转换的稳定性(例如，色轮的旋转频率的变动)。进一步的问题是对系统的机械方面进行控制的能力受到部件相对缓慢的机械响应时间的影响。例如，在色轮系统中，如果马达旋转太慢或太快，则旋转圆盘的惯性对于加速或减速都占用了可察觉的时间量。

参考图3，光处理系统30包括耦合到光调制器32的控制器31，光调制器32可以是例如空间光调制器(SLM)。控制器31接收输入信号33并向SLM 32提供输出信号34。该系统的优选应用包括投影显示器系统。可以有利地使用光处理系统30的应用的其它非限制性实例包括光通信系统，其中光被编码并传输(例如，通过光纤)，然后被接收并解码(例如，通过电荷耦合装置(CCD))。在计算机系统之间连接的光总线和在同一电路板上安装的集成电路之间耦合的光总线也可以有利地使用系统30。在许多应用中，为了由光调制器适当编码，需要对图像或数据信息进行处理。例如，图像数据可能需要分为各种颜色分量，然后在所需时间被编码以供显示。数据信息可能需要被分为多个包以便传输。取决于应用，其他处理可能也是有利的。

例如，输入信号33可以从许多输入源中的任何输入源提供，包括照相机、摄像机、和/或诸如视频高密光盘(VCD)或数字视频光盘(DVD)的预录制源。输入信号可以对应于通过光处理系统30传输的图像数据和/或其他数字数据。输入信号33可以直接从这些源得到，或者可以被预处理和/或存储并从诸如硬盘驱动器、闪存驱动器、可移动存储卡、系统存储器或其他系统储存器的存储设备提供。

根据本发明的一些实施例，控制器31接收输入信号33并处理信号33以便向SLM 32提供适当的输出信号34，其实例在下面详细描述。例如，输入信号33可能包括独立的时间信号并且控制器可能根据独立的时间信号处理图像数据。例如，独立的时间信号可能通过外部颜色转换设备(例如色轮)提供。在一些实施例中，控制器31根据从色轮得到的时间信号，对发送到一个或多个LCOS面板32的图像数据(例如RGB视频数据)进行同步。有利地，对于本发明的一些实施例，使用独立的时间信号可以减轻光处理系统内的图像数据的机械时间约束和/或简化光处理系统内的图像数据的时间协调。

例如，在使用色轮的系统中，控制器31可以接收传感器输出作为对应于时标的周期信号。控制器31可以根据外部时间信号控制向SLM 32输出帧或子帧数据。控制器31和SLM 32都是电子集成电路，其可以比相对较慢的机械颜色转换系统更快并且更精确地控制。因此，本发明的一些实施例可以有利地将颜色同步的负担从颜色转换设备转移到数据流控制器，而这又可以减小视频投影设备中颜色转换的复杂度和成本。

注意，机械系统优选地可能仍包括其自身的控制和反馈系统(或者这些控制可以结合到控制器31中)，以保持转换设备以所需频率运行。本发明的一些实施例的更快的电子控制可以补充机械控制，以保持帧输出在几乎所有时间与转换设备同步，包括机械设备的调整周期，该周期可能包括机械控制系统的下冲或过冲。

参考图4，根据本发明的一些实施例，光处理系统的控制器40包括输入部件41，其耦合到转换器42。转换器42耦合到输出部件43。存储器部件44耦合在转换器42和输出部件43之间。数据流控制器45向输入部件41、转换器42、存储器部件43以及输出部件44的每一个提供控制信号。在这一实例中，数据流控制器45显示为不从其它部件接收信号，但是在一些应用中各个部件可以向数据流控制器45提供信号，例如，供数据流控制器45使用以执行其控制操作。输入信号47被提供给输入部件41和数据流控制器45。输出部件提供输出信号48。转换器部件42从输入部件接收数据并将其转换为适当的格式以输出。

在通常情况下，控制器40以如下方式运行。控制器40在输入部件41处接收输入信号47。数据流控制器45控制来自输入部件41、通过转换器42、并通过输出部件43作为输出信号48的数据的流，必要或需要时使用存储器部件44。例如，数据流控制器可以实现维持输入和输出数据流之间数据时间完整性的算法。有利地，根据本发明的一些实施例，格式化的输入和输出流可以根据分开的时钟域管理。存储器部件44可以包括主要存储能力，和/或可以包括到控制器40外部的附加存储能力的接口。存储器部件44可以用于实现数据缓冲算法，在必要或需要时用于缓存输出数据。

例如，控制器40可以接受格式化视频图像数据，并将其转换以便显示。在一些应用中，显示输出可以被提供给多达三个LCOS面板接口，例如每个用于红色、绿色、以及蓝色数据。在双面板系统中，显示输出可以为红色数据提供一个接口，为蓝色和绿色数据提供另一个接口。控制器40可以提供同步和数据转换，以调整输入视频数据，以便在LCOS面板上正确显示。

例如，控制器40可以在LCOS设备上实现或者作为单独的单个芯片实现。控制器40可以在现场可编程门阵列(FPGA)上实现或者作为专用集成电路(ASIC)实现。当然，包括印刷电路板上的分立电路的其它实现也是可能的，并且控制器的各个部件可以在不同芯片和/或板上实现。例如，虽然这里所描述的新体系结构可以构造得灵活且可扩展，但是由于速度、管脚、或代码大小约束，并不是所有特性都可在特定FPGA内实现。

在一些实施例中，输入部件41可以用于接收输入信号47，包括标准CMOS级数字总线，其中数据被分到红色、绿色、和蓝色信道。输入信号还可以包括标准垂直同步、水平同步、数据启用、以及象素时钟信号。根据一些实施例，输入部件41可以被配置来确定象素、行、以及帧特性，将数据分为指定的红色、绿色、以及蓝色FIFO流，标记感兴趣的象素以便稍后处理(例如，‘帧结尾’，‘行起始’，等等)，以及根据模式，去除消隐信息。

优选输入格式包括逐行格式(非隔行)视频数据。在一些实施例中，处理从输入部件41向转换部件42提供的数据，并将其从标准的逐行RGB格式转换为另一种适合驱动光调制器面板的格式。例如，数据流控制器部件45可以控制图像和/或数据信息流向多达三个光调制器面板显示输出。例如，输出部件可以在每个面板输出以九对低压差分信号(LVDS)(8对数据，1对时钟)编码的图像和/或数据信息。

在一些应用中，输入图像数据的分辨率可能已经对应于光调制器面板的分辨率(例如，1280×768×60Hz)，或者是它的子集。可选地，输入图像数据可以被预处理以按比例缩放图像数据，或者控制器40可以包括按比例缩放部件以修改输入图像数据的分辨率使其对应于显示面板的分辨率。在一些实例中，控制器40的配置和/或与控制器40的通信可以通过输入部件41和/或数据流控制器45中的一组寄存器来执行，这些寄存器可以通过业界标准接口访问，诸如例如内部集成电路(I²C)接口。

根据特定应用，控制器40可以同时向所有面板输出象素数据(例如，在三面板非缓冲通过实施中)，或者向任意给定面板输出每帧的一个、两个、或三个颜色子帧(从而，例如，在双面板实施中一个面板上的蓝色/绿色)。在一些应用中，存储器部件44可以包括帧存储存储器接口，其包括存储器控制器用于操控帧缓冲区存储算法(例如，使用外部双数据率同步动态随机访问存储器-DDR SDRAM)。格式化输入和输出帧可以由分开的时钟域管理。数据流控制器45可以实现用于维持输入和输出视频数据流之间的数据时间完整性的流控制算法。

在一些实施例中，输入信号47可以包括提供给数据流控制器45的独立时间信号，并且控制器45可以根据独立时间信号处理图像数据。例如，如上所述，独立时间信号可以由外部颜色转换设备(诸如色轮)提供，并且控制器45可以根据独立时间信号控制来自输出部件43的数据输出。有利地，对于本发明的一些实施例，使用独立时间信号可以减少光处理系统内图像数据的某些机械时间限制和/或简化光处理系统内图像数据的时间协调。

参考图5，根据本发明的一些实施例，光处理系统的控制器50包括耦合到数据转换器52的输入部件51。输入部件51包括多个先进先出(FIFO)电路，每个FIFO接收各自的输入流61、62和63。数据转换器52耦合到输出部件56。输出部件56包括多个先进先出(FIFO)电路，每个FIFO提供各自的输出流65、66和67。存储器接口55耦合在数据转换器52和输出部件56之间。数据流控制器53接收输入信号64并向数据转换器52和输出部件56的每一个提供控制信号，还向连到存储器接口55的存储器控制器54提供控制信号。

通常情况下，控制器50操作如下。控制器50在输入部件51处接收输入信号61、62和63。数据流控制器53接收输入信号64，并控制数据的流向，从输入部件51，通过转换器52，并通过输出部件56作为输出信号65、66、和67，必要或需要时使用存储器控制器54。存储器控制器54控制存储器接口55，存储器接口55可以包括主要存储能力和/或可以包括到控制器50外部的附加存储能力的接口。

在一些实施例中，输入信号64可以包括提供给数据流控制器53的独立时间信号，而控制器53可以根据独立时间信号处理图像数据。例如，如上所述，独立时间信号可以由外部颜色转换设备(诸如色轮)提供，并且控制器53可以根据独立时间信号控制来自输出部件56的数据输出。有利地，对于本发明的一些实施例，使用独立时间信号可以减轻光处理系统内图像数据的某些机械时间限制和/或简化光处理系统内图像数据的时间协调。

在一些应用中，控制器50可以被配置为提供缓存的视频数据流。例如，缓存的视频数据流可以用于单或双面板光处理系统，诸如投影显示器。甚至对于三或更多面板光处理系统，缓存的视频数据流可以用于使用独立外部帧同步信号的应用，或者需要固定输出象素时钟(例如，与输入象素时钟频率不同)的应用。在大多数应用中，缓存的视频数据流得益于主要存储能力的数量，其包括例如通过存储器接口55所访问的外部存储器。

在缓存的视频数据流的一些实施例中，输入视频数据流逐帧地缓存到存储器中。每种颜色的数据可以分开，通常将一个视频帧分为三个颜色子帧。输出视频数据流可能滞后于输入流一帧。在一个帧或子帧正从存储器55输出到输出56(例如，面板接口)时，另一个帧或子帧同时从输入51装载。输出子帧数据可以以比输入帧频更高的帧频流动(例如，输入帧频的5倍)，输出子帧数据之间具有更长的消隐期。

为了实现帧时间的协调，输入部件51可以只对有效象素数据启用(即，输入端可以由输入数据启用信号选通)。然后该象素数据可以贯穿数据转换器52，然后通过存储器接口55以整帧的格式放到存储器中，准备输出。同样，输出部件56可以只对有效数据启用。这使得正确消隐信息自动插入到数据流中。可以从存储器接口一次一个帧或子帧地获得输出数据，然后输出。

在一些实施例中，应当维持优选时间关系以促进数据正确流过存储器和FIFO。这一关系可以依赖于输入数据率，启用的输出面板数，以及到面板的输出数据率(例如，象素时钟、或面板输出时钟-OCLK)。缓冲模式下输入部件51中每个FIFO输出处的最大输入数据率实例可以如下方式确定。假设从象素流删去所有消隐，对于60Hz帧频率下的1280×768图像大小，每个输入FIFO可以接收768行每行二百一十四(214)个6-象素包，作为一帧中可能输入的48比特象素数据字的最大数。这分解为大约986万字/秒，或者换句话说，每个输入FIFO必须以比大约9.86MHz频率更快的频率清空。对这一实例，9.86MHz×3的三个输入FIFO的适当的服务频率大约是29.58MHz，或大概30MHz。

在大多数应用中，由于在FIFO输入端和输出端的数据大小可能相同，所以每个输出FIFO填充得应当比面板输出时钟快。因此，输出FIFO应当以OCLK*(#启用面板)的最低频率填充。

可以为所需存储器时钟速度确定一个算法无关下限。例如，存储器时钟速度可以对应于服务所有三个输入FOFO和所有启用输出FIFO的适当频率。这大约是OCLK*(#启用面板)+输入数据率(例如30MHz)。例如，对具有52MHz面板输出时钟的双面板配置，最小存储器时钟频率是52MHz×2+30MHz＝134MHz。前述实例假设了来自存储器的数据的连续单个信号时钟脉冲——但是存储器效率依赖于实施，并且在实际使用的时钟频率中应当考虑。

时间关系与FIFO深度(所有FIFO，例如输入和输出FIFO，可以具有正好相同的深度)一起，可能对用于维持数据流防止FIFO溢出或饥饿的算法的正确执行很重要。根据本发明的一些实施例，可以使用FIFO等级的轮转监控(round robin monitoring)来促进各个接口点数据流的一致性。

参考图6和7，各自的状态图说明不同的轮转监控技术。在这些实例中，输入FIFO数据可以被转换为分开的颜色子帧，包括例如红色R、绿色G、以及蓝色B子帧。最初，输入部件51和输出部件56可能被禁用。在其禁用状态，输出部件56可以执行与显示面板的同步功能，例如，通过从面板接口传输同步(空闲)包。例如，LCOS面板设备可以识别空闲包作为准备接收显示数据的指示。

控制器50可以等待再同步周期的结束。此时(例如在视频输入数据的下一帧的开始处)，控制器可以启用输入部件。这允许数据流到输入FIFO。在一些实施例中，输入部件51可以配置为忽略和/或排除消隐数据。

周期的开始可以根据所接收的视频输入数据垂直同步信号。输出垂直同步信号(由其可以内部得到帧时间的开始)是根据周期的开始确定的。例如，输出垂直同步信号可以设定为在视频输入数据垂直同步信号的下降沿触发。可选地，如下详细描述，输出垂直同步信号可以根据独立时间信号(例如来自外部颜色转换设备)确定。

在适当的时间(例如在初始化后以及再同步周期结束后)，可以开始稳定状态数据流控制处理。数据流控制器53可以维持对应于存储器(例如其中帧存储部分是固定的)中的帧数据的一组寄存器。寄存器可以包括每种颜色(子帧)的帧开始和帧结束地址，以及当前象素位置。有利地，根据本发明的一些实施例，可以独立地操纵这些寄存器的两个或多个拷贝。例如，一组寄存器可以对应于显示输入帧管理，而另一组寄存器可以对应于显示输出管理。

此外，数据流控制器可以维持表示每种颜色的目的面板输出FIFO的配置信号。在多种颜色要发送到同一显示输出FIFO的情况下，数据流可能依次区分优先次序为子帧#1，子帧#2，等等。

数据流控制器可以监控对于输入51和输出56的每个FIFO的“整行检测”标志。如果输入FIFO等级变为标称等级，例如在视频数据的整行或之上，则数据流控制器53可以根据有效输入子帧当前象素位置的位置向存储器突发写入视频数据的水平行。在一些实施例中，行尾、帧尾、以及数据的标记可以由数据转换器52自动编码到数据流中。

如果输出FIFO等级降至视频数据的整行以下，则数据流控制器53可以根据有效输出帧当前象素位置的位置，用来自存储器的视频数据的水平行来突发填充该输出FIFO。通常，这一条件只有在存储了输出帧时出现。输出FIFO的启用通常将滞后于输入FIFO一帧。如上所指出的，在一些实施例中，行尾、帧尾、数据标记可能已经由数据转换器52编码到数据流中。

参考图6，为了维持FIFO中的数据同时减少数据溢出或饥饿，可以使用所述修改的轮转填充/清空算法。FIFO可以被“整行检测”检查，并以下述顺序被填充或清空：

在状态R，红色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在每个随后的状态P1、P2、和P3，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。在状态G，绿色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在每个随后的状态P1、P2、和P3，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。在状态B，蓝色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在每个随后的状态P1、P2、和P3，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。输入和输出FIFO的轮转服务在稳定状态运行期间继续前述循环。

如上所述，所需时间可以依赖于启用面板的数量。通常，面板数量越大，存储器时钟必须越快。如果相关面板没有启用，则算法在每帧的开始可以从标称状态‘R’开始，而特定‘Px’状态可以被跳过。根据应用，可以在这一算法下的各种时间关系上设置附加限制。

每个输出FIFO可以只在每‘N+1’个状态填充一次，其中‘N’对应于启用的面板的数量(‘+1’状态对应于输入FIFO填充)。但是每个输出FIFO可以在每个状态被清空(例如以不同频率)。因此，在每个状态，输出FIFO优选地清空大约1/(N+1)，否则可能发生饥饿。例如，如果启用了三个面板，则每个输出FIFO在每个状态只能清空四分之一(1/4)，否则清空就可能比填充快。因此，存储器时钟频率(填充)应当至少大约是输出象素时钟频率(清空)的(N+1)倍，不包括系统开销。

相反地，每个输入FIFO可以只在大约每‘3(N+1)’个状态清空一次，其中‘N’对应于启用的面板的数量(为输入FIFO填充增加‘+1’)。但是每个输入FIFO可以在(例如在大约10MHz的频率)每个状态填充。因此，在每个状态，输入FIFO可以优选的只填充大约1/(3(N+1))，否则会出现溢出。例如，如果启用了三个面板，则每个输入FIFO应当在每个状态填充大约十二分之一(1/12)，否则填充就可能比清空快。因此，存储器时钟频率(清空)应当至少大约是最大输入频率(填充，例如大约10MHz)的3(N+1)倍。

对于轮转算法的一些实施例，根据输出象素时钟速度以及启用的面板数量，最小存储器时钟频率可以限为(N+1)×OCLK、或3(N+1)×10MHz的较大值，不包括系统开销。注意这两个数值通常不相等，对于高效实现，存储器开销可以被该差值吸收。

当一帧完成后，无论是输入还是输出，可能出现帧交换(例如输入和输出目的缓冲区可以交换)。例如，相关存储器帧位置寄存器可以被设置为存储器中的相反帧，而当前象素位置可以被重置为新帧开始位置。相关显示FIFO接口可以被禁用，而数据流控制器可以等待垂直消隐期结束。例如，帧的完成可以由视频输入数据垂直同步信号的下降沿触发。在一些应用中，显示输出垂直消隐可以在这期间自动生成，而显示输入消隐被忽略，并不被读入FIFO。在一些应用中，如下面进一步描述的，可以启用外部帧同步选项，使得显示输出垂直同步例如通过视频输入数据垂直同步信号的下降沿被触发。

为了减少显示输出FIFO潜在的数据饥饿，一旦当前帧完成，视频数据的水平行可以尽快从后续帧“预取”。预取通常是立即的，因为显示输入将已经填充了部分帧。在一些应用中，例如当使用单独的外部同步开始帧输出时，可能出现缺少新输入数据的情况。因此，原数据可以保持在FIFO中，直到新帧开始(例如通过显示输出垂直同步信号)。

在大多数应用中，数据流控制器可以维持前述算法作为稳定状态，例如，直到启动软重置或再同步，或者输入象素时钟丢失。

显示输出面板接口的‘帧’可以包含多于一个颜色子帧。例如，在单个或双面板实现的情况下，数据流算法可以不间断地从一个子帧的最后一行继续到下一子帧的第一行。由于子帧变化，垂直消隐包可以自动插入。子帧可以对应于颜色变化，或者在一些应用中，子帧可以对同一颜色重复。

对于双面板配置实例，存储器时钟频率应当是(N+1)×OCLK或3(N+1)×10MHz的较大值，其中N＝2(见上面描述)。例如，如果使用52MHz输出象素时钟频率，那么最小存储器时钟频率应当是大约156MHz或更大，不包括系统开销。

双面板配置轮转时间的一个非限制实例中，详细的存储器填充/清空时间对比数据流填充/清空时间如下。在这一实例中，OCLK(输出时钟)＝52MHz，MCLK(存储器时钟)＝156MHz，ICLK(输入数据时钟)＝10MHz。如果水平行FIFO填充/清空被认为对FIFO 100％有效，那么所有未服务输出显示FIFO在每个非服务状态清空填充的33-1/3％，并在每个服务状态填充66-2/3％(如上所述)。显示输入FIFO在每个非服务状态填充大约6.4％，并在每个服务状态清空大约93.6％。这导致下面的一个修改的轮转循环的实例表：

活动填充/清空	面板#1	面板#2	红色	绿色	蓝色
						面板#1	+66.7％	-33.3％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
面板#2	-33.3％	+66.7％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
						红色	-33.3％	-33.3％	-93.6％	+6.4％	+6.4％
面板#1	+66.7％	-33.3％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
						面板#2	-33.3％	+66.7％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
绿色	-33.3％	-33.3％	+6.4％	-93.6％	+6.4％
						面板#1	+66.7％	-33.3％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
面板#2	-33.3％	+66.7％	+6.4％	+6.4％	+6.4％
						蓝色	-33.3％	-33.3％	+6.4％	+6.4％	-93.6％

从上表，可以看出输出显示FIFO在再次检查之前，从不丢失多于其上次填充数据的2/3。同样地，输入显示FIFO在检查之前从不填充多于一行的52％。这些值并不包括算法执行系统开销的富余。系统开销是否是一个问题依赖于算法的实现。但是，在这一实例中大约有输入显示FIFO时钟时间的48％可用于吸收系统开销，这对大多数实现都是足够的。

有利地，这里所描述的轮转算法实现起来可以很简单。算法的各种变化可以改进各种时间关系，而不增加太多复杂性。例如，根据特定实现(例如对一些FPGA)，156MHz可能太快而不能运行存储器时钟。对轮转和输出显示FIFO进行微小修改，双面板实例的算法可以允许大约是OCLK的2.75倍的存储器时钟，或者大约143MHz。在这一实例算法中，输出显示FIFO可能增加到大约2.5行数据长度，并且输入端的‘填充’标志可以设在大约1.5行数据处。

参考图7，对FIFO可以进行‘整行检测’检查，并以下面顺序填充或清空：

在状态R，红色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在每个随后的状态P1和P2，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。在状态G，绿色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在随后每个状态P1和P2，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。在状态B，蓝色输入FIFO可以至少部分清空到存储器。在每个随后的状态P1和P2，当对应的面板数据输出到面板时，对应的输出FIFO可以从存储器至少部分填充。在蓝色循环后，输出FIFO服务于附加循环。输入和输出FIFO的轮转服务在稳定状态运行期间继续前述循环。

这一修改的算法和填充/清空表的时间循环实例如下：

活动填充/清空	面板#1	面板#2	红色	绿色	蓝色
						面板#1	+63.6％	-36.4％	+7％	+7％	+7％
面板#2	-36.4％	+63.6％	+7％	+7％	+7％
						红色	-36.4％	-36.4％	-93％	+7％	+7％
面板#1	+63.6％	-36.4％	+7％	+7％	+7％
						面板#2	-36.4％	+63.6％	+7％	+7％	+7％
绿色	-36.4％	-36.4％	+7％	-93％	+7％
						面板#1	+63.6％	-36.4％	+7％	+7％	+7％
面板#2	-36.4％	+63.6％	+7％	+7％	+7％
						蓝色	-36.4％	-36.4％	+7％	+7％	-93％
面板#1	+63.6％	-36.4％	+7％	+7％	+7％
						面板#2	-36.4％	+63.6％	+7％	+7％	+7％

改进各种性能方面的对算法的其他修改可以从特定配置实现的基础上获得。

如上所述，在本发明的一些实施例中，显示输出数据流可以同步到外部帧同步信号(例如，从色轮或颜色快门)。通常，使用外部帧同步的系统还可以得益于使用缓存的视频数据流(例如，如上所述)。

参考图8，光处理系统控制器80包括时间和帧源流控制器81，其用于接收外部颜色转换帧时间信号82。流控制器81耦合到一对帧缓冲区83和84，并控制到帧缓冲区83和84的数据流，帧缓冲区83和84可以包括对R、G、和B数据的独立输入FIFO。流控制器81还耦合到子帧源转换器85，其接收来自帧缓冲区83和84的输出。流控制器81控制从转换器85到输出行86上的数据的选择性输出。

参考图9，类似配置的控制器90包括与图8所描述的相同标号的元件，并进一步包括由流控制器81接收的可选外部颜色转换子帧时间信号92。例如，色轮可以包括对应于不同颜色转换的两个或多个时标。流控制器81可以配置为将数据输出同步到每个子帧，来代替总体帧同步，或者还进行总体帧同步。有利地，使用可选子帧时间信号可以增强投影成像器中子帧颜色复合能力，减轻光引擎设计中的各种机械时间限制和/或简化颜色转换技术的视频数据时间协调。此外，如上所述，将颜色同步的负担从颜色转换部件转移到数据流部件可以提供更好的同步，并降低复杂度和成本。

在下面的实例中，代替从显示输入数据FIFO内容获得显示输出垂直同步，外部帧同步信号成为显示输出垂直同步。除了垂直同步源改变之外，算法可以如上所述实际执行。但是，在一些应用中，垂直同步差值可能导致输入和输出帧时间漂移。有利地，本发明的一些实施例可以重复或丢弃帧以解决漂移的问题。特别地，在本发明的一些实施例中，控制器可以重复输出视频帧(或子帧)和/或丢弃输入视频帧(或子帧)，以调整颜色转换时间，还可以根据外部颜色转换信号来同步帧和/或子帧数据的输出。

参考图10，根据本发明的一些实施例的操作的非限制性实例方法可以包括接收下一输入帧(方框101)，以及确定是否能获得足够的输入净空来输入帧数据(方框103)。如果不能获得足够的输入净空，则输入帧被丢弃(方框105)。例如，当前输入帧可以被忽略(例如丢弃当前输入帧)或者盖写前一输入帧(例如丢弃前一输入帧)。在一些实现中，输入帧变化时，可以检查缓冲区(N-2)中的最老帧(例如将要被盖写的帧)是否已经开始输出，如果没有，则前一输入帧(N-1)可以被盖写(例如被丢弃)。如果能够获得足够的输入净空，则该方法继续处理输入帧(方框107)。

参考图11，根据本发明的一些实施例的操作的另一个非限制性实例方法可以包括从下一输出帧开始(方框111)并且确定是否能够获得足够的输出净空来输出帧数据(方框113)。如果不能获得足够的输出净空，则重复输出帧(方框115)。例如，可以重复当前输出帧或者重复另一输出帧(例如从前一输出帧)。在一些实现中，输出帧变化时，可以检查要输出的帧是否充分加载到缓冲区中，如果没有，则之前的输出帧被再次输出(例如被重复)。如果能够获得足够的输出净空，则该方法继续处理输出帧(方框117)。

在一些实施例中，该方法可能包括在处理下一输入和/或输出帧之前，如上所述，将数据输出同步到外部时间信号。前述要素不必按照上述准确顺序执行。例如，在一些实施例中输出净空/重复操作可以在输入净空/丢弃操作之前执行。图10和图11的前述实例可以独立执行，并且在一些应用中可以省略一个或另一个。

例如，在数据被预取到显示输出FIFO中以开始一个新帧之前，数据流控制器可以检查已经有足够数据输入到帧中，从而该帧可以在数据输出赶上数据输入前完成。如果没有，则数据流控制器可以重置各个寄存器以重复当前帧的输出。在开始新输入帧之前，如果数据流控制器估计显示输入控制器可以在输出开始前盖写前一帧数据，则控制器可以代替盖写刚完成的帧。

参考图12，该图示出了子帧存储器空间如何及时寻找快照(snapshot)的实例。例如，在存储器中可以存在两个子帧缓冲区121和123用于每种颜色(例如作为单独的存储器设备或简单地作为同一存储器设备的逻辑或虚拟部件)。在帧同步实现中，在每个帧期间，一个子帧从一个存储器缓冲区输出，另一个子帧输入到另一个存储器缓冲区。输出子帧通常在输入子帧后滞后一帧。换句话说，如果输入子帧得自输入帧‘N’，则输出子帧得自输入帧‘N-1’。存储器内每个子帧空间具有两个各自的指针125和127(除其它指针以外)。例如，一个指针125可以指示输入视频数据的下一行的当前写位置，而另一个指针127可以指示输出视频数据的下一行的当前读位置。在每一帧结束处，指针‘重置’到相对存储器缓冲区的顶端。换句话说，在每一帧的边界，输入子帧缓冲区变成输出子帧缓冲区，反之亦然。

但是，如果输入和输出视频数据流不是帧同步的，则指针可以独立地重置到缓冲区的顶端。例如，输出读指针127可以在由外部帧同步信号所确定的每个边界重置，而输入写指针125可以在每个输入帧边界重置。这意味着两个指针可以独立地移动，并且都可以在同一时间指向同一缓冲区。

最后，一个指针可能赶上另一个指针，并且可能出现帧损坏。参考图13，该图示出一对共享缓冲区131和133，其中输出读指针137赶上输入写指针135。例如，如果外部帧同步信号比输入帧同步信号快，则可能出现这种情况。例如，读指针137可能已经完成了子帧缓冲区‘Y’(对应于帧N-1)，并在写指针135到达子帧‘X’的结尾之前重置到子帧缓冲区‘X’的顶端(对应于帧N)。

在一些为缓存的视频数据流配置的实施例中，例如，如果子帧在整帧时间的五分之一(1/5)中输出，则读指针增长可能比写指针快。因此，如果写指针离缓冲区的结尾不够近，则读指针可能不时地赶上写指针。

根据本发明的一些实施例，当读指针137到达子帧缓冲区‘Y’的结尾时，检查写指针135的位置。如果确定写指针135可能在子帧缓冲区‘X’下不够远(例如为了避免被赶上)，则读指针137可能再次被重置到子帧缓冲区‘Y’的顶端。这将导致再次将缓冲区‘Y’的子帧数据(来自帧N-1)发送到输出。例如，在一些实施例中，这一操作方法可能对应于丢弃/重复算法中的‘重复’。有利地，在这一实例中，即使写指针135可以在读指针137到达缓冲区‘Y’的结尾前被重置到缓冲区‘Y’的顶端，因为写指针135增长得比读指针137慢，所以读和写指针也不会交迭。

相反地，在本发明的一些实施例中，外部帧同步信号可能比输入帧同步信号慢。最后，可能出现写指针赶上读指针的情况。但是，由于读指针增长较快，所以写指针能够赶上读指针的唯一位置是在重置到缓冲区顶端之后。图14说明一对共享缓冲区141和143，其中写指针145和读指针147都在缓冲区143的开始。例如，如果输出的垂直消隐期比输入的垂直消隐期长得多，这将可能出现。读指针147可能被重置到缓冲区顶端，但是写指针145也可能重置到同一缓冲区的顶端，并且在读指针开始一个新子帧前开始写入。

根据本发明的一些实施例，当写指针145到达缓冲区‘X’的结尾时，检查读指针147的位置，以确定读指针147是否被重置到缓冲区‘Y’的顶端，但是还没有开始读出数据。如果是，则写指针145可能被重置回到同一缓冲区‘X’的顶端，并可能盖写刚刚输入的帧数据。例如，这种操作方法可以对应于丢弃/重复算法中的‘丢弃’。

实现完整的丢弃/重复功能的算法实例可以总结如下：

重复：如果读指针将被重置到缓冲区‘X’的顶端，但是写指针当前指向缓冲区‘X’中一个不够深的位置(或者被重置到缓冲区‘X’的顶端)，则读指针应当改为被重置到缓冲区‘Y’的顶端。写指针应当被设置到缓冲区中的距离可以由FIFO填充/清空速度的差值估计。例如，如果输入FIFO以10MHz填充，而输出FIFO以50MHz清空，则写指针应当被设置在大于整个缓冲区的大约4/5处。

丢弃：如果写指针将被重置到缓冲区‘X’的顶端，但是读指针当前被重置到缓冲区‘X’的顶端(等待输出垂直消隐期结束)，则写指针应当改为被重置到缓冲区‘Y’的顶端。

注意，对于两个指针要被基本上同时重置的情况可以给予特殊考虑。例如，该实现可以保证流控制算法依次检查和重置指针，或者检测并以其他方式处理这一情况。

本发明的前述以及其他方面可以单独实现以及结合起来实现。除非特定权利要求明确要求，否则不应认为本发明需要两个或多个这些方面。此外，虽然本发明已经结合目前被认为的优选实例进行了描述，但是应当理解本发明并不局限于所公开的实例，相反地，本发明意在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等同安排。

Claims (14)

1.一种使用独立的时间信号进行光信号处理的装置，包括：

输入部件，用于为光调制器接收输入数据；

输出部件，用于向所述光调制器输出数据；以及

流控制器，其耦合到所述输入部件和所述输出部件；

其中，所述流控制器被配置来控制从所述输入部件到所述输出部件的数据流，

其中，所述流控制器被配置来根据独立于所述输入数据的时间信号，控制所述输出部件向所述光调制器输出数据；以及

存储器，其耦合到所述流控制器，其中所述流控制器用于根据所述存储器的使用来重复输出数据；

其中输入数据和输出数据包括视频数据。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述独立的时间信号从颜色转换设备提供。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述独立的时间信号根据旋转色轮上的时标提供。

4.如权利要求1所述的装置，还包括转换器部件，其耦合在所述输入部件和所述输出部件之间，所述转换器部件用于处理所述输入数据，并以适合于所述光调制器的格式提供所述输出数据。

5.如权利要求4所述的装置，还包括存储器接口，其耦合在所述转换器和所述输出部件之间。

6.一种使用独立的时间信号进行光信号处理的方法，包括：

为光调制器接收输入数据；

接收独立于所述输入数据的时间信号；

根据所述独立的时间信号向所述光调制器输出数据。

提供至少第一和第二缓冲区，用于缓存所述输入数据和所述输出数据；以及

根据所述第一和第二缓冲区中至少一个缓冲区的状态来重复输出数据。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

从颜色转换设备提供所述独立的时间信号。

8.如权利要求6所述的方法，还包括：

根据旋转色轮上的时标提供所述独立的时间信号。

9.如权利要求6所述的方法，还包括：

确定接收所述新输入数据是否可能盖写所述第一和第二缓冲区中至少一个缓冲区中的输出数据。

10.一种使用独立的时间信号进行光信号处理的系统，包括：

光调制器；以及

控制器，其耦合到所述光调制器，并用于接收输入数据和向所述光调制器提供输出数据，

其中，所述控制器被配置来根据独立于所述输入数据的时间信号，向所述光调制器提供所述输出数据，

其中，所述控制器包括：

至少第一和第二数据缓冲区；以及

流控制器，其耦合到所述第一和第二缓冲区，

其中，所述流控制器用于根据所述缓冲区的状态来重复输出数据，

其中输入数据和输出数据包括视频数据。

11.如权利要求10所述的系统，还包括：

光引擎，被放置来引导光到光调制器上，所述光引擎包括颜色转换设备，被配置来转换所述光调制器上的光的颜色，

其中，所述独立的时间信号从所述光转换设备提供。

12.如权利要求10所述的系统，还包括：

光引擎，被放置来引导光到所述光调制器上，所述光引擎包括旋转色轮，被配置来转换所述光调制器上的光的颜色，

其中，所述独立的时间信号根据所述旋转色轮上的时标提供。

13.如权利要求10所述的系统，其中所述流控制器用于确定接收新输入数据是否可能盖写所述第一和第二缓冲区中至少一个缓冲区中的输出数据。

14.如权利要求10所述的系统，其中所述流控制器用于确定输出新输出数据是否可能赶上所述第一和第二缓冲区中至少一个缓冲区中的新输入数据。

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